FHE: Ключова технологія майбутнього обчислення приватності

FHE (гомоморфне шифрування) є передовою технологією шифрування, яка дозволяє виконувати обчислення прямо на зашифрованих даних, тим самим обробляючи дані, захищаючи при цьому конфіденційність. FHE має кілька потенційних сценаріїв застосування, особливо у сферах обробки і аналізу даних, де необхідний захист конфіденційності, таких як фінанси, охорона здоров’я, хмарні обчислення, машинне навчання, системи голосування, Інтернет речей, захист конфіденційності в блокчейні тощо. Але його комерціалізація все ще потребує часу, основні труднощі пов’язані з величезними витратами на обчислення та пам’ять, а також з поганою масштабованістю.

Основні принципи FHE

Ядром FHE є використання多项式 для приховування оригінальної інформації. Спрощений процес шифрування FHE виглядає так:

1. Виберіть багаточлен ключа s(x)
2. Генерація випадкового多项式 a(x)
3. Генерувати малий "похибковий"多项式 e(x)
4. Шифрований відкритий текст m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Під час розшифрування, лише знаючи s(x), можна відновити m з c(x). Введення випадковості та помилок може підвищити безпеку.

Щоб підтримати обчислення на зашифрованих даних, FHE перетворює операції на “схеми”. Але щоразу, коли проводиться операція, шум зростає, і коли шум стає занадто великим, правильне розшифрування стає неможливим. Щоб вирішити цю проблему, FHE використовує такі ключові технології:

• Ключове перемикання: зменшення розміру зашифрованого тексту
• Перемикання модуля: контроль за зростанням шуму
• Bootstrap: скинути шум до початкового рівня

Наразі поширені рішення FHE використовують технологію Bootstrap, але обчислювальні витрати все ще великі.

Виклики, з якими стикається FHE

Основним викликом FHE є його величезні обчислювальні витрати. У порівнянні з звичайними обчисленнями, швидкість обчислень FHE приблизно в 1 мільйон разів повільніше. Для покращення продуктивності FHE, Управління передових дослідницьких проектів Міністерства оборони США (DARPA) запустило в 2021 році програму Dprive, метою якої є збільшити швидкість обчислень FHE до 1/10 звичайних обчислень. Програма зосереджується на таких аспектах:

1. Збільшити розрядність процесора
2. Розробка спеціалізованих ASIC-процесорів
3. Побудова паралельної архітектури MIMD

Хоча прогрес повільний, проте в довгостроковій перспективі технологія FHE все ще має важливе значення для захисту чутливих даних, особливо в таких сферах, як військова справа, охорона здоров’я та фінанси.

Застосування FHE в блокчейні

У сфері блокчейну FHE переважно використовується для захисту конфіденційності даних, напрямки застосування включають:

• Приватність на ланцюзі
• Конфіденційність даних для навчання ШІ
• Приватність голосування в мережі
• Перевірка приватних транзакцій в блокчейні
• Потенційні рішення проблеми MEV

Але FHE також стикається з викликами, такими як значне підвищення вимог до роботи вузлів та зниження пропускної здатності мережі.

Основні проекти FHE

Основні проекти FHE на даний момент включають:

• Zama: забезпечує стек розробки на основі TFHE
• Fhenix: побудова Layer 2 з пріоритетом на конфіденційність
• Privasea: спрямований на обробку даних LLM
• Мережа Inco: створення FHE рівня 1
• Arcium: поєднання різних криптографічних технологій
• Mind Network: Рестейкінг траса

Серед них Zama є постачальником технології FHE, яку використовують більшість проектів.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Перспективи на майбутнє

Технологія FHE все ще перебуває на ранній стадії, порівняно з технологією ZK розвивається повільніше. Але з підвищенням уваги капіталу та розробкою спеціалізованих чіпів FHE, FHE має потенціал принести глибокі зміни в таких сферах, як оборона, фінанси, медицина тощо. Впровадження чіпів FHE стане важливою передумовою для їх комерціалізації.

Незважаючи на численні технічні виклики, як технологія, що має чіткий попит, FHE має великі перспективи в майбутньому. Вона обіцяє вивільнити величезний потенціал поєднання приватних даних з новими технологіями, такими як квантові алгоритми, що призведе до вибухового розвитку.